열수변질대가 폭넓게 분포하고 있는 우리나라에서 자연사면이나 인공사면에서 열수변질대 내에 산출되는 점토맥이 산사태 발생에 중요한 역할을 할 수 있다. 점토맥이 존재하는 지반에 지표수가 침투되면 점토광물의 팽윤성 때문에 국지적으로 간극수압이 급격히 상승할 수 있다. 간극수압의 상승으로 세립의 점토광물이 침식될 수 있다. 침식된 점토광물은 수두가 큰 곳에서 작은 곳으로 유동하면서 동수경사가 작은 부분에서 유속이 느려져 퇴적된다. 점토광물이 퇴적된 곳에서 국지적인 간극수압의 증가로 인한 지하수의 유출이 사면파괴를 일으킬 수 있다. 이에 본고에서는 열수변질 점토맥과 산사태와 관련한 국내외 자료를 소개하고자 한다.

밀양납석광상의 지표시료와 시추시료의 광물조성과 화학조성 분석결과를 통하여 열수변질양상과 형성 환경을 연구하였다. 밀양납석광상의 열수변질대는 광물조합을 근거로 주로 엽납석-딕카이트(석영) 광물조합을 가지며 납석광체에 해당하는 강이질변질대와 견운모-석영-딕카이트를 주로 수반하는 필릭변질대 및 녹니석-석영이 주된 광물조합으로 수반되는 프로필라이트변질대 등 세 가지로 구분된다. 지표 및 시추시료의 수평적⋅수직적 변질양상 및 지화학적 특성을 통하여 연구지역 내 납석광체는 수차례의 열수변질작용을 통하여 형성되었으며, 현재 채광이 이루어지고 있는 지표광체로부터 남쪽-남동쪽 심부에 이르기까지 대규모로 연장되어 있을 것으로 여겨진다. 납석광체의 광물조합 및 엽납석의 다구조형(2M) 등을 통하여 밀양납석광상의 형성온도는 약 300-350℃ 내외일 것으로 추측된다.

우리나라는 2008년부터 심해저 광물자원 확보를 위하여 남서태평양 통가국 EEZ 내 Tofua arc의 해저 화산열도에서 해저열수광상에 관한 조사를 지속적으로 수행하고 있다. 통가국 라우분지 TA 25 해저산에서 해저 열수 활동에 의하여 형성된 광물들의 특성과 분포를 규명하기 위하여 X선회절분석, 주사전자현미경 관찰, X선형광분석과 유도결합 플라즈마 방출분광분석을 실시하였다. 연구에 사용된 시료는 TA 25 해저산 주변에서 채취된 7개의 코어 시료와 9개의 해저퇴적물 시료이다. 열수분출구 모든 지역에서 중정석, 섬아연석, 클리노클레이스 등이 존재하고, 열수분출구 A 지역에는 석고, 스멕타이트 및 카올린 광물, 열수분출구 B와 C 지역에는 스멕타이트, 카올린 광물, 황동석과 황철석, 열수분출구 D 지역에는 석고, 황동석, 황철석, 침철석 등이 분포한다. 점토부분에 대한 분석 결과 칼데라 중심부 지역을 제외한 모든 지역에서 스멕타이트와 소량의 카올리나이트가 포함되어 있는 것으로 보아 이질변질작용에 해당하는 열수변질이 있었음을 알 수 있다. 열수분출구 B, C, D 지역은 여러가지 종류의 황화광물과 비소화광물이 존재한다. 광물조성, 주성분과 미량성분 분석 결과로 판단할 때 열수분출구 B, C, D 지역이 비교적 강한 고온의 열수변질작용, 열수분출구 A와 칼데라 중심부 지역은 열수의 영향을 적게 받았거나 저온의 열수변질작용을 받은 것으로 판단된다. 추후 열수광상 탐사는 열수분출구 B, C, D 지역에서 수행되어야 할 것으로 여겨진다.

통가열도 내 우리나라 해저열수광상 독점 탐사지역에 위치하는 5개 해저화산(TA12, TA19, TA22, TA25, TA26) 주변 표층 퇴적물의 열수변질 여부를 규명하고, 열수변질 특성을 확인하기 위하여 각 해저화산에서 채취된 29개의 표층 퇴적물에 대해 미량 원소와 희토류 원소 분석을 실시하였다. 분석 결과 TA12, TA19, TA22 해저화산에서는 열수에 의한 퇴적물의 변질작용이 없거나 매우 적은 것으로 나타났으며, TA25와 TA26 해저화산의 일부 지역은 현재에도 열수의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 열수의 영향이 있는 해저화산 사이에도 부화된 미량 원소의 종류에 차이가 있는데, TA25 해저화산의 경우 주로 Ni, Cu, Sn, Zn, Pb, Cr, Cd, Sb, W, Ba, Ta, Rb, Sr, As가, TA26 해저화산에서는 주로 Cu, Sn, Zn, Pb, Cd, Sb, Ba, Rb, Sr이 부화되어 있다. 미량 원소의 부화가 확인된 지역은 희토류 원소의 부화도 관찰된다. 상부지각 희토류 원소 농도로 표준화된 희토류 원소의 분포형태는 가벼운 희토류 원소(LREE)가 매우 낮고 중간 희토류 원소(MREE)에서 무거운 희토류 원소(HREE)로 갈수록 증가하는 형태를 보이며, TA25와 TA26 해저화산의 일부 정점에서 Eu의 부화가 확인된다. 또한 TA26 해저화산의 일부 정점에서 Ce이 부화가 관찰되었는데, 이는 주변지역에서 채취된 열수 내 희토류 원소의 높은 Ce분포형태와 매우 유사하다. 또한 TA25와 TA26 해저화산은 부화된 원소의 특징이 다르게 나타나는데, TA25 해저화산에서는 Cu를 포함한 미량 원소가, TA26 해저화산에서는 Ce와 Eu를 포함한 희토류 원소가 우세하게 부화되어 있는 것으로 나타났다. 조사결과 나타난 각 해저화산 표층 퇴적물 내 부화된 미량 원소 및 희토류 원소의 종류와 농도는 차후 통가열도 지역의 열수광상 탐사시에 지역적인 열수변질의 지시자로써 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

통가국 라우분지(Lau Basin)의 해저열수광상 개발을 위한 해저열수광상 분포 및 산상에 관한 특성을 규명하기 위하여 X선 회절분석을 통하여 해저열수광상 해저퇴적물 및 열수변질대의 광물조성을 연구하였다. 연구에 사용된 시료는 TA 26 해저산 주변에서 채취된 코어 시료, 기반암 및 해저퇴적물 시료이고, 벌크 시료와 점토 부분을 분리한 정방위 시료를 제작하여 X선 회절분석을 실시하였다. TA 26 해저산에서 채취된 기반암은 대부분 사장석과 석영으로 이루어져 있는 데 반하여, 표층퇴적물은 대부분 카올린광물과 스멕타이트로 구성되어 있다. 열수구 퇴적물은 대부분 석고, 중정석, 섬아연석, 황철석 등 황산염광물과 황화광물로 구성된다. 기반암과 해저퇴적물의 광물조성으로 미루어 보아, TA 26 해저산의 열수광화대는 주변에 스멕타이트 또는 카올린광물을 형성시키는 정도의 이질변질작용을 일으켰음을 알 수 있다. MC08H-06 시추 코어 시료는 상부는 비변질대, 하부는 스멕타이트와 카올린광물로 구성된 이질변질대에 해당한다. 다양한 황화광물과 황산염 광물의 존재, 이질변질작용에 해당하는 열수변질대의 존재는 TA 26 해저산 내에 해저열수광상이 존재하고 있음을 지시하는 것으로 판단된다.

연구지역은 울산시 울주군의 양산단층대를 통과하는 터널(복안터널) 구간으로서 터널 상부에 경부고속도로와 국도 35호선이 위치한다. 기존의 조사결과 양산단층대 통과 터널 구간은 최대 폭 100 m에 이르는 단층비지와 단층각력암이 넓게 분포한다. 연구결과 양산단층 동측부에는 셰일로 대표되는 퇴적암이 분포하는데 이들은 기계적인 파쇄작용이나 열수변질작용의 영향을 거의 받지 않았다. 양산단층 서측부에는 데사이트질응회암이 분포하며, 양산단층의 영향으로 기계적 파쇄작용과 열수변질작용이 진행되었다. 양산단층 구간은 단층운동과 관련된 기계적 파쇄작용과 녹니석화작용, 견운모화작용, 고령석화작용으로 대표되는 열수변질작용이 복합적으로 작용하여 폭 50~130m에 이르는 단층대가 발달한다. 기계적 파쇄작용과 열수변질작용의 특징에 의해 양산단층대는 지질공학적으로 비변질대, 변질대, 변질.파쇄대, 단층비지대 등 4개의 구간으로 구분된다. 이들 구간은 기계적 파쇄작용과 변질작용의 정도 및 양상을 달리하며, 공학적 특성을 달리한다.

인리형 분지인 백악기 음성분지와 단층 접촉하는 무극 광화대는 백악기 흑운모 화강암을 모암으로 하여 배태된 금.은광상들로 구성된다. 무극 광화대내 금.은광상들은 북측의 무극광산으로부터 남측의 태극광산까지 서로 다른 금.은 품위비, 광석광물의 종류 및 산출 빈도 등을 보이며 열수변질대 분포 특성에 있어서도 상이한 공간적 분포특성을 보인다. 비교적 높은 금.은 품위비를 보이는 금봉광산은 복성맥의 구조를 보이며 석영맥으로부터 견운모대 → 아견운모대 → 프로필리틱대 → 아프로필리틱대의 열수변질대가 수평적으로 발달하는 특징을 보인다. 광화대 최남단에 위치하는 태극광산은 상대적으로 낮은 금.은비를 보이며 망상 세맥을 중심으로 프로필리틱대 → 아프로필리틱대의 순서로 열수변질대가 발달한다. 열수변질대의 수직적 변화는 대체로 변질대 하부에서 견운모대가 우세하나, 상부에서는 프로필리틱대가 광범위하게 분포하며, 점토대가 불연속적으로 중첩되는 특징을 보인다. 이러한 열수변질대의 상이한 수평.수직적 분포 특성은 각 광산의 열수계의 차이를 반영한 것으로, 금봉광산은 비교적 고온.고염도와 물-암석 상호반응이 진행된 광화 유체로부터 견운모대가 형성되었으며, 태극광산은 상대적으로 저온 저염도와 물-암석 상호반응이 미약한 광화 유체에 의하여 프로필리틱대가 형성된 것으로 해석된다. 이런 열수계의 차이는 각 광산이 열수계의 열적 중심(무극광산)에 위치하는지 또는 외곽부(태극광산)에 위치하는지에 따라 열수변질대 분포 양상과 금.은비 분포 양상의 차이를 유도한다. 따라서 무극 지역 탐사시 열적 중심부에 해당하는 고온의 지온 구배가 형성되는 지역과 물-암석 상호반응에 의한 견운모 변질작용이 우세한 지역을 고품위대 탐사 지침으로 제시할 수 있다.

흔히 발견되지 않는 광물상들이 후기 열수변질광물로서 거도광산에서 관찰된다. 열수광물들은 스카른 광물들을 열수변질시키거나 공간충진 정출작용으로 산출된다. 즉, 투휘석, 석류석 및 장석들을 교대하여 녹니석과 포도석, 일라이트 및 펌펠리아이트 등을 산출하거나 열극이나 정동에서 정출한 것으로 포도석, 펌펠리아이트, 클리노조이사이트, 일라이트 및 Ca-불석(스틸바이트와 스텔러라이트) 등이 있다. 이들 열수광물들에 대해 X-선 회절분석, 주사전자현미경 관찰 및 전자현미분석을 통해 광물상과 산출상태 등이 상세히 규명되었다. 후기 공간충진 열수광물들을 대상으로 슈라이네마크 작도법에 의한 상평형 관계를 규명하였으며, 등온-등압 μH2O-μCO2상평형도를 작도하였다. 그 결과 초기에 정출된 포도석, 펌펠리아이트, 클리노조이사이트, 일라이트 및 녹니석은 비교적높은 CO2분압과 낮은 H2O 분압 하에서 먼저 정출되었으며, 그 후 H2O 분압이 증가하면서 일라이트와 수반되어 스틸바이트와 방해석이 정출되었다.

가사도 지역 금은광상은 후기 백악기 화산활동에 의해 형성된 화산쇄설암을 모암으로 하여 판상(sheeted) 및 망상(stockwork) 석영맥으로 산출되며, 빗살, 호상 및 깃털조직 등을 보이고 있다 금은광화작용과 관련된 열수변질대는 광물 조합에 따라 고점토대(딕카이트-명반석-석영), 점토대(딕카이트-석영), 견운모대(석영-견운모-황철석) 및 프로필리틱대(녹니석-탄산염광물-석 영-장석-휘석)로 구분된다 고점토대는 등대맥 최상부인 노인봉을 중심으로 분포하고 있으며, 그 외각부에서 견운모대 및 프로필리틱대가 산출되고 있다. 석영맥은 석영, 옥수질석영, 아듈라리아, 탄산염광물등의 맥석광물과 함께 미립의 황철석, 섬아연석, 황동석, 방연석, 함은광물, 에렉트럼 등 광석광물로 구성되며, 에렉트럼의 금함량은 14.6~53.7 atomic % Au이다. 유체포유물 및 에렉트럼-섬아연석 지질온도계로부터 추정된 광화작용 온도는 158℃~285℃범위로 전형적인 천열수광응의 온도범위를 보이고 있으며, 산소.수소 안정동위원소 연구 결과(δ18 /Owater =-10.1~8.0‰, δD=-68~64‰) 동위원소 교환이 적게 진행된 천수로부터 유래된 광화유체로 추정된다. 이러한 변질대의 분포특성, 열수유체의 기원 및 생성환경을 종합해 볼 때, 현재 지표에 노출된 가사도 지역의 광화대는 온천형 저유황성 천열수 금은광상의 최상부에 해당하는 것으로 추정된다.

We present characteristics of hydrothermal chlorite and its interstratification with 7-a mineral phase that occur in the propylitic alteration zone of the Bobae sericite deposit formed in rhyodacitic tuff. Chlorite is found as disseminated fine-grained aggregate or replacement materials of precursor minerals such as Fe-oxides and amphibole. Based on X-ray diffraction(XRD), all chlorites belong to IIb polytype and the (060) reflections averaging 1.53~1.54a indicate a trioctahedral structure. Chemical compositions of chlorite show that the Fe/(Fe+Mg) values are mostly in the range of 0.44~0.53, and cation deficiencies in octahedral sites range from 0.06 to 0.37. Under scanning electron microscope(SEM) chlorite occurs as well-crystallized aggregates and is subparallely stacked in interstices or between grain boundaries of associated minerals. transmission electron microscopic(TEM) images reveal that chlorite shows regular layers with 14-a spacings, locally interstratified with 7-a or 21-a periodicities. The 21- a periodicity corresponds to the sum of the d001 values of chlorite and 7-a phase. The chlorite packet coexisting with 7-a layers displays abundant defects such as edge dislocations and layer terminations. Selected-area electron diffraction(SAED) indicates that chlorite and 7-a phase are randomly interstratified in the mixed-layer areas. We propose a lateral change of layers for the polymorphic transition of 7-a phase to chlorite.e.

황철석의 산화에 의한 토양 및 지표수의 산성화는 심각한 환경문제를 야기하여 왔다. 특이산 성토의 이차광물과 화학적 특징은 풍화과정을 반영하고 있다. 택지 및 골프장 조성과정에서 지표에 노출된 11.8% 황철석을 함유한 열수변질 안산암의 풍화에 따른 광물학적 변화를 X-선 회절, 전자현미경 (SEM, TEM), 배수의 화학분석을 통하여 연구하였다 수용성 염, ferrihydrite, jarosite가 풍화과정의 이차 광물로서 관찰되었다. 전자현미경하에서, ferrihydrite는 미세입자들의 입단, jarosite는 판상, 수용성 염은 기둥모양을 나타내었다. 안산암 내에 존재하는 황철석은 입자의 크기가 증가할수록 정육면체 형태/육각기둥 형태의 비가 증가하였다. 배수는 강산성 (pH 3.5) 이었으며 ferrihydrite, jarosite와 화학적 평형을 이루고 있었다.

Epidote occurs as veinlets in the propylitic alteration zone of the Bobae clay deposit, Pusan, Korea. Its cell parameters apparently decrease with the contents of Al, Fe, and Ca. Fourier transform infrared (FTIR) spectra show one hydrosyl environment related to AlM2 at 3357-3358 cm-1. In the mid-infrared region, the peaks at 950 and 1030 cm-1 sharper with increasing Al shifting to higher energy region. The peak at 885 cm-1 shifts slightly to a lower energy region with a decreasing intensity as the Fe content increases. In the far-IR region, epidote exhibits absorption bands at 120 and 140 cm-1, which are related to the Ca-O bonds in A-sites.M ssbauer spectra of epidote show that the isomer shifts of Fe3+ range from 0.36-0.37 at the M3 site and from 0.35-0.44 at M1 site. Fe2+ shows the isomer shift ranging from 1.11 to 1.13. Quadrupole splitting is 2.04 for Fe3+M3, 0.52-0.70 for Fe3+M1, and 2.61-2.70 for Fe2+M3. Calculation shows Fe3+M386-90.7%, Fe3+M12.5-3.6%, and Fe2+M35.8-11.4% of total iron, showing preferential distribution of Fe3+ in the M3 site. The Fe3+M3 content is between 0.486 and 0.513 per formula unit. in the Fe-rich epidote, less Fe3+ and more Fe2+ are accommodated in the M1 and M3 sites. Hence, the overall disorder increases as total Fe content increase. The ordering parameter of the Bobae epidote is 0.93-0.95, suggesting a disequilibrium state below 200℃. The constant temperature over a long period may be essential for the transition from disordered state to equilibrium state, despite the possible variation in flux and composition of the hydrothermal fluid.

열수변질작용동안에 수반되는 광물간의 열역학적인 반응관계를 통해 325˚C와 1바에서 광물의 상 안정다이아그램을 작성하였다. 홍주석과 공생관계에 있는 일라이트를 백운모와 엽납석 두가지로 이루어지는 이성분계의 이상적 혼합모델을 가정하여, 화학분석차로부터 생성자유에너지를 계산하였다. 구조화학식이 K0.86Al2.93Si3.03O10(OH)2인 일라이트의 생성작유에너지는 위 조건에서 -1147.727 kcal/mole이다. 일라이트의 안정영역은 이상적 백운모 단성분보다는 훨씬 좁게 나타나며, 시리카의 활동도가 백운모보다는 낮다. 일라이트는 엽납석이 분해되는 동안에 홍주석이 수화되어 형성된 것으로 홍주석의 가장자리나 균열을 따라 일라이트의 형성이 우세하게 일어났다.